WO2023134978A1 - Kolbenspeicher - Google Patents

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WO2023134978A1
WO2023134978A1 PCT/EP2022/086999 EP2022086999W WO2023134978A1 WO 2023134978 A1 WO2023134978 A1 WO 2023134978A1 EP 2022086999 W EP2022086999 W EP 2022086999W WO 2023134978 A1 WO2023134978 A1 WO 2023134978A1
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WO
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piston
accumulator
fluid
valve
housing
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/086999
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English (en)
French (fr)
Inventor
Norbert Weber
Yannik Zimmer
Sven Mann
Original Assignee
Hydac Technology Gmbh
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Publication date
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    • F15B—SYSTEMS ACTING BY MEANS OF FLUIDS IN GENERAL; FLUID-PRESSURE ACTUATORS, e.g. SERVOMOTORS; DETAILS OF FLUID-PRESSURE SYSTEMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F15B1/00—Installations or systems with accumulators; Supply reservoir or sump assemblies
    • F15B1/02—Installations or systems with accumulators
    • F15B1/04—Accumulators
    • F15B1/08—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor
    • F15B1/24—Accumulators using a gas cushion; Gas charging devices; Indicators or floats therefor with rigid separating means, e.g. pistons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2201/20—Accumulator cushioning means
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    • F15B2201/00—Accumulators
    • F15B2201/30—Accumulator separating means
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F15B2211/30—Directional control
    • F15B2211/305—Directional control characterised by the type of valves
    • F15B2211/30505—Non-return valves, i.e. check valves

Definitions

  • the invention relates to a piston accumulator with an accumulator housing in which a separating piston is guided in a longitudinally displaceable manner, which separates two fluid chambers from one another, in particular a fluid chamber with a working gas from another fluid chamber with a liquid, such as hydraulic oil, and which has a damping piston with a check valve which can be moved into a fluid connection in the accumulator housing while forming a throttle gap.
  • EP 0 286 777 A2 discloses a generic piston-cylinder unit with piston end position damping, which has a damping piston protruding on the end face of the piston, which can be moved into a damping chamber provided at the end of the cylinder facing towards it, forming a damping gap that tapers conically in the direction of the fluid connection and a flow path is provided for initiating a return stroke movement of the piston, which leads from the fluid connection for pressure oil, bypassing the damping gap, to the pressure chamber in the accumulator housing adjacent to the main piston surface of the piston and includes a check valve.
  • This flow path which can be controlled by the check valve, extends inside the piston between an inlet opening at the front end of the damping valve, which is designed as a hollow sleeve. tion piston and a leading from the interior of this sleeve to the outside breakthrough in the form of a transverse channel.
  • the check valve used in this respect has a solid valve plate that can be controlled by an energy store in the form of a compression spring, which controls a large opening cross section in the damping piston, which leads to leaks in the closed position and is associated with turbulence in the flow pattern when the valve is open. Furthermore, rapid opening and closing processes are excluded due to the inertia behavior of the valve plate.
  • the invention is therefore based on the object of further improving the known solution in that a piston accumulator is created with improved end-position damping for the separating piston together with improved response behavior when fluid flows in and out of the hydraulic accumulator.
  • the throttle gap is a cylindrical annular space formed from the adjacent wall parts of the accumulator housing and damping piston and that the check valve has a valve ball loaded with an energy accumulator, which in its closed position creates a fluid path between the fluid connection and a piston fluid chamber between the separating piston and the accumulator housing and releases it in its open position, a constant throttle gap width is achieved over the entire engagement length of the damping piston in the fluid connection, which leads to significantly improved end position damping.
  • the engagement length for the damping piston in the flow can be selected to be extremely long within predeterminable limits, due to the geometry to be maintained for the hydraulic accumulator, so that in connection with the constant gap dimension over the entire length of engagement, a significantly improved piston end position damping is achieved.
  • the valve ball of the check valve allows the realization of an improved valve seat geometry with improved tightness in the closed position and reduced turbulence during flow in the open position. Due to the low mass inertia of the correspondingly small dimensioned valve or closing ball, the fluid flows that occur when charging and discharging the hydraulic accumulator can also be reliably controlled in rapid succession. This has no equivalent in the prior art.
  • the damping piston is formed from a hollow cylinder which, at least in one of its damping positions, creates a fluid path between the fluid connection and the check valve with its hollow cylindrical passage.
  • the diameter of the hollow cylinder in the damping piston essentially corresponds to the diameter of the valve closing ball, so that when the accumulator is loaded with fluid, such as hydraulic oil, the valve ball flows centrally and can therefore lift off its valve seat in the associated valve housing without any obstacles.
  • the damping piston viewed in the direction of the piston fluid chamber, transitions into an extension with an annular surface, forming a shoulder, which forms an annular gap when the separating piston rests on parts of the accumulator housing, such as a housing cover Gap size is larger than the gap size of the throttle gap.
  • the annular surface is part of an insert body which accommodates the check valve and which is fixed in a receptacle of the separating piston, preferably by means of a snap ring between insert body and separating piston. Because the check valve is an integral part of the insert body, the damping device can be connected as a whole to the separating piston from a central point, in particular from the underside of the separating piston, which is extremely easy to assemble and involves few work steps. In this respect, the piston accumulator solution according to the invention can also be produced inexpensively.
  • the check valve designed as a valve cartridge is screwed with its valve housing into the insert body and that the valve ball is guided in the valve housing under permanent pressure from an energy store, preferably in the form of a compression spring.
  • an energy store preferably in the form of a compression spring.
  • the valve housing preferably has at least one transverse channel which can be controlled by the valve ball of the check valve in the direction an associated transverse channel in the insert body.
  • the valve housing preferably has a groove on the outer circumference, preferably in the form of an annular valve chamber, into which the respective transverse channel of the valve housing opens from one side and the respectively assigned transverse channel in the insert body from the other, opposite side.
  • the separating piston delimits a hollow chamber-like recess on its side facing the fluid connection, which opens out in a slope in the direction of the snap ring and that the bore axis of the respective transverse channel in the insert body is aligned with a wall of the separating piston , which at least partially delimits the recess in the floating piston and at which the bevel opens into the recess.
  • the snap ring for fixing the insert body in the separating piston can be securely positioned via the mentioned, preferably circumferential bevel, and the bevel can also serve as an inflow aid to directly convert a lateral force introduction of the fluid flow into a lifting movement for the separating piston as part of an accumulator charging process.
  • the axial length of the damping piston is greater than the comparable height of the piston fluid space in the separating piston, through which the insert body at least partially passes. It has been shown in practical tests that the pertinent length-height design results in particularly good damping properties during the discharge process of the accumulator result and in the reverse direction with the loading of the accumulator, the separating piston moves without hindrance in the direction of the fluid space with the working gas and is thereby prestressed.
  • the invention also relates to a method for operating a piston accumulator with the following method steps:
  • Throttling of the volume flow when discharging the piston accumulator by forming a hollow-cylindrical throttling gap between the damping piston and parts of the accumulator housing, - bypassing the throttling gap when charging the piston accumulator
  • the figure shows the lower part of a piston accumulator with a hollow-cylindrical wall part 8 of an accumulator housing designated as a whole with 10, in which a separating piston 12 is guided in a longitudinally displaceable manner, which separates two fluid chambers 14, 16 from one another, in particular a fluid chamber 14 with a working gas, such as nitrogen, from a further fluid chamber 16 with a liquid such as hydraulic oil.
  • the separating piston 12 has a damping piston 18 with a damping piston at its free front end Check valve 20 on.
  • the damping piston 18 can move into a fluid connection 24 in the accumulator housing 10, forming a throttle gap 22, with the figure showing the maximum lowermost position for the separating piston 12 in the accumulator housing 10, with maximum throttling of the fluid flow from the side of the fluid space 16 in the direction of the fluid connection 24.
  • the position of the separating piston 12 shown in the figure corresponds to the maximum discharge situation for the hydraulic accumulator as a whole.
  • the piston accumulator can be connected in the usual way by means of a tubing, not shown, to a hydraulic circuit of a conventional design, not shown.
  • the throttle gap 22 is a cylindrical annular space or a hollow cylinder filled with fluid, formed from the adjacent wall parts 28 of the accumulator housing 10 in the form of a housing cover 30 and the adjacent wall parts 32 of the damping piston 18 arranged opposite.
  • the housing cover 30 is screwed as part of the accumulator housing 10 into its hollow-cylindrical wall part 8 on the bottom side and sealed in an annular groove 31 with respect to the rest of the accumulator housing 10 by means of an annular seal, not shown in detail.
  • the separating piston 12 has two annular grooves 33 on the outer circumference for receiving sealing rings and guide bands, not shown in detail, of which only the upper one is denoted by 33 .
  • Check valve 20 has a valve ball 36 that is permanently loaded with an energy storage device in the form of a compression spring 34 and that, in its closed position shown in the figure, blocks a fluid path between fluid connection 24 and a piston fluid chamber 38 between separating piston 12 and accumulator housing 10 or housing cover 30 and in an open position against the action of the compression spring 34 releases this fluid path.
  • the piston fluid chamber 38 is in the present case from a chamber-like recess formed on the underside of the separating piston 12, which is surrounded on the outer circumference at the height of the sealing ring system in the annular groove 33 of wall parts of the separating piston 12.
  • the damping piston 18 is formed from a hollow cylinder which, at least in one of its damping positions, in the figure in a fully damped position, with its hollow-cylindrical passage 40 the fluid path between the fluid connection 24 and the check valve 20 its valve ball 36 produces.
  • the annular surface 44 is part of an insert body 48 which accommodates the check valve 20 as a whole and which is held in a hollow-cylindrical receptacle 50 of the separating piston 12 by means of a snap ring 52 between the insert body 48 and the separating piston 12 .
  • the check valve 20 is designed as a valve cartridge, which is screwed with its valve housing 54 into the insert body 48 using a hexagon socket 55 and according to the representation in the figure, the valve ball 36 is seat-tight under the action of the compression spring 34 on a valve seat 56 in the valve housing 54 held in their closed position.
  • the pertinent valve housing 54 has a transverse channel 58 diametrically opposite one another in relation to the longitudinal axis 60 of the hydraulic accumulator, which channel connects directly to the valve ball 36 and can be controlled by the latter.
  • a transverse channel 58 diametrically opposite one another in relation to the longitudinal axis 60 of the hydraulic accumulator, which channel connects directly to the valve ball 36 and can be controlled by the latter.
  • a transverse channel 58 instead of a pair of transverse channels 58, a different number of transverse channels 58 can also be provided, in particular only a single transverse channel 58.
  • the respective lige transverse channel 58 opens out in the valve housing 54 in the direction of a further assignable transverse channel 62 in the insert body 48 .
  • the valve housing 54 has a groove 64 on the outer circumference, preferably in the form of an annular valve chamber, into which the respective transverse channel 58 of the valve housing 54 opens from one side, as does the respectively associated transverse channel 62 in the insert body 58 from the other, opposite side.
  • the separating piston 12 delimits a hollow, chamber-like recess as part of the piston fluid space 38, which opens out in the direction of the snap ring 52 into a bevel 66 in the separating piston 12, which tapers conically upwards in the direction of the longitudinal axis 60.
  • the bore axis of the respective transverse channel 62 in the insert body 48 is aligned with the upper wall delimitation of the recess in the separating piston 12, with the bevel 66, which is guided circumferentially in the separating piston 12, opening onto the pertinent upper delimiting wall.
  • the axial length of the damping piston 18, if it is in engagement with parts of the fluid connection 24, is in any case greater than the comparable height of the piston fluid chamber 38, formed by the recess in the separating piston 12, which is insofar at least partially penetrated by the insert body 46 .
  • the piston accumulator shown in the figure can then be operated as follows with the equipment according to the invention:
  • a damping valve designated as a whole with 68 with a longitudinally movable valve plate 70 in which a throttle bore 72 is introduced coaxially to the longitudinal axis 60 of the hydraulic accumulator.
  • the valve plate 70 in question is in a valve housing 74, preferably designed as a tripod was added, which is screwed flush into the fluid connection 24 along the internal thread 26 .
  • valve plate 70 moves from its upper position shown in the figure to a lower closed position in which the valve plate 70 is seated on the inside of the valve housing 74 and a fluid passage is then only over the throttle bore 72 is given in the valve plate 70, so that the fluid flow is also throttled in this respect in addition to the throttle measures 22, 46 already described by the damping valve 68. Further details on the function of the pertinent damping valves can be found in DE 103 37 744 B3, for example.

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Abstract

Kolbenspeicher mit einem Speichergehäuse (10), in dem längsverfahrbar ein Trennkolben (12) geführt ist, der zwei Fluidräume (14, 16) voneinander trennt, insbesondere einen Fluidraum (14) mit einem Arbeitsgas von einem weiteren Fluidraum (16) mit einer Flüssigkeit, wie Hydrauliköl, und der einen Dämpfungskolben (18) mit einem Rückschlagventil (20) aufweist, der unter Bildung eines Drosselspaltes (22) in einen Fluidanschluss (24) im Speichergehäuse (10) einfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselspalt (22) ein zylindrischer Ringraum ist, gebildet aus den benachbarten Wandteilen (28, 32) von Speichergehäuse (10) und Dämpfungskolben (18) und dass das Rückschlagventil (20) eine mit einem Energiespeicher beaufschlagte Ventilkugel (36) aufweist, die in ihrer Schließstellung einen Fluidweg zwischen dem Fluidanschluss (24) und einem Kolbenfluidraum (38) zwischen dem Trennkolben (12) und dem Speichergehäuse (10) sperrt und in ihrer geöffneten Stellung freigibt.

Description

Kolbenspeicher
Die Erfindung betrifft einen Kolbenspeicher mit einem Speichergehäuse, in dem längsverfahrbar ein Trennkolben geführt ist, der zwei Fluidräume voneinander trennt, insbesondere einen Fluidraum mit einem Arbeitsgas von einem weiteren Fluidraum mit einer Flüssigkeit, wie Hydrauliköl, und der einen Dämpfungskolben mit einem Rückschlagventil aufweist, der unter Bildung eines Drosselspaltes in einen Fluidanschluss im Speichergehäuse einfahrbar ist.
Durch EP 0 286 777 A2 ist eine gattungsgemäße Kolben-Zylinder-Einheit mit einer Kolbenendlagendämpfung bekannt, die einen an der Stirnfläche des Kolbens vorspringenden Dämpfungskolben aufweist, der unter Bildung eines sich konisch in Richtung des Fluidanschlusses verjüngenden Dämpfungsspaltes in einen am zugekehrten Zylinderende vorgesehenen Dämpfungsraum einfahrbar ist und für die Einleitung einer Rückhubbewegung des Kolbens ist ein Strömungsweg vorgesehen, der vom Fluidanschluss für Drucköl unter Umgehung des Dämpfungsspaltes zum an die Hauptkolbenfläche des Kolbens angrenzenden Druckraum im Speichergehäuse führt und ein Rückschlagventil beinhaltet. Dieser von dem Rückschlagventil ansteuerbare Strömungsweg erstreckt sich innerhalb des Kolbens zwischen einer Eintrittsöffnung am vorderen Ende des als hohle Hülse ausgebildeten Dämp- fungskolbens und einen vom Innenraum dieser Hülse nach außen führenden Durchbruch in Form eines Querkanals. Das insoweit zum Einsatz kommende Rückschlagventil weist eine von einem Energiespeicher in Form einer Druckfeder ansteuerbare, massive Ventilplatte auf, die einen großen Öffnungsquerschnitt im Dämpfungskolben ansteuert, was in der Schließstellung zu Undichtigkeiten führt und mit Turbulenzen im Strömungsverlauf bei geöffnetem Ventil einhergeht. Ferner sind rasche Öffnungs- und Schließvorgänge aufgrund des Trägheitsverhaltens der Ventilplatte ausgeschlossen.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, die bekannte Lösung dahingehend weiter zu verbessern, dass ein Kolbenspeicher geschaffen ist mit verbesserter Endlagendämpfung für den Trennkolben nebst verbessertem Ansprechverhalten bei Ein- und Ausströmen von Fluid in bzw. aus dem Hydrospeicher.
Eine dahingehende Aufgabe löst ein Kolbenspeicher mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 in seiner Gesamtheit.
Dadurch, dass gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 der Drosselspalt ein zylindrischer Ringraum ist, gebildet aus den benachbarten Wandteilen von Speichergehäuse und Dämpfungskolben und dass das Rückschlagventil eine mit einem Energiespeicher beaufschlagte Ventilkugel aufweist, die in ihrer Schließstellung einen Fluidweg zwischen dem Fluidanschluss und einem Kolbenfluidraum zwischen dem Trennkolben und dem Speichergehäuse sperrt und in ihrer geöffneten Stellung freigibt, ist über die gesamte Eingriffslänge des Dämpfungskolbens im Fluidanschluss eine konstante Drosselspaltweite erreicht, was zu einer deutlich verbesserten Endlagendämpfung führt. Da keine wie im Stand der Technik aufgezeigt fortlaufend ändernde Spaltgeometrie mit konischen Abschnitten berücksichtigt werden muss, kann die Eingriffslänge für den Dämpfungskolben im Flu- idanschluss innerhalb vorgebbarer Grenzen, bedingt durch die einzuhaltende Geometrie für den Hydrospeicher, ausgesprochen lang gewählt werden, so dass in Verbindung mit dem konstanten Spaltmaß über die gesamte Eingriffslänge eine deutlich verbesserte Kolben-Endlagendämpfung erreicht ist. Ferner erlaubt die Ventilkugel des Rückschlagventils die Realisierung einer verbesserten Ventilsitzgeometrie mit verbesserter Dichtheit in der Schließstellung und verringerter Turbulenz bei der Durchströmung in geöffneter Stellung. Aufgrund der geringen Massenträgheit der entsprechend klein dimensionierbaren Ventil- oder Schließkugel lassen sich darüber hinaus in rascher zeitlicher Abfolge die beim Laden und Entladen des Hydrospeichers jeweils auftretenden Fluidströme sicher beherrschen. Dies hat so keine Entsprechung im Stand der Technik.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers ist vorgesehen, dass der Dämpfungskolben aus einem Hohlzylinder gebildet ist, der zumindest in einer seiner dämpfenden Stellungen mit seinem hohlzylindrischen Durchgang einen Fluidweg zwischen dem Fluidanschluss und dem Rückschlagventil herstellt. Dabei entspricht der Durchmesser des Hohlzylinders im Dämpfungskolben im Wesentlichen dem Durchmesser der Ventil-Schließkugel, so dass beim Laden des Speichers mit Fluid, wie Hydrauliköl, die Ventilkugel zentral angeströmt ist und somit definiert von ihrem Ventilsitz im zugehörigen Ventilgehäuse hemmnisfrei abheben kann.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers ist vorgesehen, dass der Dämpfungskolben in Richtung des Kolbenfluidraumes gesehen unter Bildung einer Schulter in eine Erweiterung mit einer Ringfläche übergeht, die bei Anlage des Trennkolbens an Teilen des Speichergehäuses, wie einem Gehäusedeckel, einen Ringspalt ausbildet, dessen Spaltmaß größer ist als das Spaltmaß des Drosselspaltes. Dergestalt kommt es bis zur vollständigen Anlage des Trennkolbens in seiner unteren Verfahrstellung beim Entladen des Speichers auf der benachbarten Oberseite des Gehäusedeckels zu einer weiteren Dämpfung der Trennkolbenbewegung über den Ringspalt, so dass sowohl der Drosselspalt als auch der Ringspalt gemeinsam die Dämpfung für die dahingehende Bewegung des Trennkolbens übernehmen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers ist vorgesehen, dass die Ringfläche Teil eines Einsatzkörpers ist, der das Rückschlagventil aufnimmt und der in einer Aufnahme des Trennkolbens festgelegt ist, vorzugsweise mittels eines Sprengringes zwischen Einsatzkörper und Trennkolben. Dadurch dass das Rückschlagventil integraler Bestandteil des Einsatzkörpers ist, lässt sich von zentraler Stelle aus, insbesondere von der Unterseite des Trennkolbens aus, die Dämpfungseinrichtung als Ganzes mit dem Trennkolben verbinden, was ausgesprochen montagefreundlich ist und wenig Arbeitsschritte beinhaltet. Insoweit lässt sich die erfindungsgemäße Kolbenspeicher-Lösung auch kostengünstig herstellen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers ist vorgesehen, dass das Rückschlagventil als Ventilpatrone konzipiert mit ihrem Ventilgehäuse in den Einsatzkörper eingeschraubt ist und dass die Ventilkugel von einem Energiespeicher , vorzugsweise in Form einer Druckfeder, permanent beaufschlagt im Ventilgehäuse geführt ist. Eine dahingehende Ventilpatrone ist marktüblich und kann insbesondere von den Anschlussgeometrien her an unterschiedliche Hydrospeichergrößen angepasst werden, was einem funktionssicheren und kostengünstigen Aufbau der Gesamt-Endlagendämpfung entgegenkommt.
Dabei weist vorzugsweise das Ventilgehäuse mindestens einen Querkanal auf, der von der Ventilkugel des Rückschlagventils ansteuerbar in Richtung eines zugeordneten Querkanals im Einsatzkörper führt. Dabei weist bevorzugt das Ventilgehäuse außenumfangsseitig eine Auskehlung auf, vorzugsweise in Form eines Ventilringraumes, in die der jeweilige Querkanal des Ventilgehäuses von einer Seite her einmündet sowie der jeweils zugeordnete Querkanal im Einsatzkörper von der anderen, gegenüberliegenden Seite her. Dergestalt ist eine Gesamtströmungsführung durch das Ventilgehäuse nebst dem Einsatzkörper erreicht, wobei durch eine quasi 90° Umlenkung des vertikal einströmenden Fluidstroms beim Laden des Speichers, dieser Fluidstrom in eine Querführung in Richtung des Kolbenfluidraumes umgelenkt wird, was energetisch besonders günstig ist und direkt zum zeitnahen Ansteuern des Trennkolbens beim Ladevorgang führt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kolbenspeichers ist vorgesehen, dass der Trennkolben auf seiner dem Fluidanschluss zugewandten Seite eine hohl kammerartige Ausnehmung begrenzt, die in Richtung des Sprengringes in eine Schräge ausmündet und dass die Bohrungsachse des jeweiligen Querkanales im Einsatzkörper mit einer Wand des Trennkolbens fluchtet, die zumindest teilweise die Ausnehmung im Trennkolben begrenzt und an der die Schräge in die Ausnehmung einmündet. Über die angesprochene, vorzugsweise umlaufende, Schräge kann der Sprengring zum Festlegen des Einsatzkörpers in dem Trennkolben sicher positioniert werden und die Schräge kann als Anströmhilfe auch dazu dienen eine Querkrafteinleitung des Fluidstroms in eine Hubbewegung für den Trennkolben im Rahmen eines Speicherladevorganges direkt umzusetzen.
Wie bereits ausgeführt, ist dabei besonders bevorzugt vorgesehen, dass die axiale Länge des Dämpfungskolbens größer ist als die vergleichbare Höhe des Kolbenfluidraumes im Trennkolben, die von dem Einsatzkörper zumindest teilweise durchgriffen ist. Es hat sich in praktischen Versuchen gezeigt, dass bei der dahingehenden Längen-Höhenausgestaltung sich besonders gute Dämpfungseigenschaften während des Entladevorganges des Speichers ergeben sowie in umgekehrter Richtung mit dem Laden des Speichers der Trennkolben hemmnisfrei in Richtung des Fluidraumes mit dem Arbeitsgas verfährt und dabei vorgespannt wird. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Betrieb eines Kolbenspeichers mit den folgenden Verfahrensschritten:
Drosselung des Volumenstroms beim Entladen des Kolbenspeichers durch Bildung eines hohlzylindrischen Drosselspaltes zwischen Dämpfungskolben und Teilen des Speichergehäuses, - Umgehung des Drosselspaltes beim Laden des Kolbenspeichers durch
Öffnung eines im Trennkolben integrierten Rückschlagventils mit einer durch einen Energiespeicher beaufschlagten Ventilkugel aufgrund der entstehenden Druckdifferenz im Drosselspalt, und dadurch bedingt Beaufschlagung des kompletten freien Kolbenquerschnitts mit Fluid- druck zum direkten Verfahren des Trennkolbens in Richtung des anderen Fluidraums mit dem Arbeitsgas.
Im Folgenden wird der erfindungsgemäße Kolbenspeicher anhand eines Ausführungsbeispiels nach der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige
Figur in der Art eines Längsschnittes den unteren Teil eines ansonsten üblichen Kolbenspeichers, wie er beispielhaft in der EP 0 286 777 A2 aufgezeigt ist.
Die Figur zeigt den unteren Teil eines Kolbenspeichers mit einem hohlzylindrischen Wandteil 8 eines als Ganzes mit 10 bezeichneten Speichergehäuses, in dem längsverfahrbar ein Trennkolben 12 geführt ist, der zwei Fluidräume 14, 16 voneinander trennt, insbesondere einen Fluidraum 14 mit einem Arbeitsgas, wie Stickstoff, von einem weiteren Fluidraum 16 mit einer Flüssigkeit, wie Hydrauliköl. Darüberhinaus weist der Trennkolben 12 an seinem freien, stirnseitigen Ende einen Dämpfungskolben 18 mit einem Rückschlagventil 20 auf. Der Dämpfungskolben 18 kann unter Bildung eines Drosselspaltes 22 in einen Fluidanschluss 24 im Speichergehäuse 10 einfahren, wobei die Figur die maximal unterste Position für den Trennkolben 12 im Speichergehäuse 10 wiedergibt, bei maximaler Androsselung des Fluidstroms von Seiten des Fluidraumes 16 in Richtung des Fluidanschlusses 24. Die dahingehend in der Figur gezeigte Stellung des Trennkolbens 12 entspricht der maximalen Entladesituation für den Hydrospeicher als Ganzes. Über ein Innengewinde 26 im Fluidanschluss 24 lässt sich der Kolbenspeicher in üblicher Weise mittels einer nicht dargestellten Verrohrung an einen nicht dargestellten Hydraulikkreislauf üblicher Bauart anschließen.
Wie sich des Weiteren aus der Figur ergibt, ist der Drosselspalt 22 ein zylindrischer Ringraum oder mit Fluid befüllter Hohlzylinder, gebildet aus den benachbarten Wandteilen 28 des Speichergehäuses 10 in Form eines Gehäusedeckels 30 und den gegenüberliegend benachbart angeordneten Wandteilen 32 des Dämpfungskolbens 18. Der Gehäusedeckel 30 ist als Teil des Speichergehäuses 10, in dessen hohlzylindrisches Wandteil 8 bodenseitig eingeschraubt und über eine nicht näher dargestellte Ringdichtung in einer Ringnut 31 gegenüber dem sonstigen Speichergehäuse 10 abgedichtet. Der Trennkolben 12 weist außenumfangsseitig zwei Ringnuten 33 auf, für die Aufnahme nicht näher dargestellter Dichtringe und Führungsbänder, von denen nur die obere mit 33 bezeichnet ist. Das Rückschlagventil 20 weist eine mit einem Energiespeicher in Form einer Druckfeder 34 permanent beaufschlagte Ventilkugel 36 auf, die in ihrer in der Figur gezeigten Schließstellung einen Fluidweg zwischen dem Fluidanschluss 24 und einem Kolbenfluidraum 38 zwischen dem Trennkolben 12 und dem Speichergehäuse 10 respektive dem Gehäusedeckel 30 sperrt und in einer geöffneten Stellung entgegen der Wirkung der Druckfeder 34 diesen Fluidweg freigibt. Der Kolbenfluidraum 38 ist im vorliegenden Fall aus einer kammerartigen Ausnehmung auf der Unterseite des Trennkolbens 12 gebildet, die außenumfangsseitig auf der Höhe des Dichtringsystemes in der Ringnut 33 von Wandteilen des Trennkolbens 12 umfasst ist.
Wie sich weiter aus der Figur ergibt, ist der Dämpfungskolben 18 aus einem Hohlzylinder gebildet, der zumindest in einer seiner dämpfenden Stellungen, in der Figur in einer voll gedämpften Stellung, mit seinem hohlzylindrischen Durchgang 40 den Fluidweg zwischen dem Fluidanschluss 24 und dem Rückschlagventil 20 mit seiner Ventilkugel 36 herstellt. Der im Durchmesser reduzierte Dämpfungskolben 18 geht in Richtung des Kolbenfluidraumes 38 gesehen unter Bildung einer Schulter 42 in eine im Durchmesser demgegenüber vergrößerte Erweiterung mit einer Ringfläche 44 über, die bei Anlage des Trennkolbens 12 an Teilen des Speichergehäuses 10 in Form des Gehäusedeckels 30 gemäß der Darstellung nach der Figur einen Ringspalt 46 ausbildet, dessen Spaltmaß vorzugsweise größer gewählt ist als das freie Spaltmaß des Drosselspaltes 22.
Die Ringfläche 44 ist Teil eines Einsatzkörpers 48, der das Rückschlagventil 20 als Ganzes aufnimmt und der in einer hohlzylindrischen Aufnahme 50 des Trennkolbens 12 mittels eines Sprengringes 52 zwischen dem Einsatzkörper 48 und dem Trennkolben 12 gehalten ist. Das Rückschlagventil 20 ist insoweit als Ventilpatrone konzipiert, die mit ihrem Ventilgehäuse 54 in den Einsatzkörper 48 unter Einsatz eines Innensechskants 55 eingeschraubt ist und gemäß der Darstellung nach der Figur ist die Ventilkugel 36 unter der Wirkung der Druckfeder 34 auf einem Ventilsitz 56 im Ventilgehäuse 54 sitzdicht in ihrer Schließstellung gehalten. Das dahingehende Ventilgehäuse 54 weist zur Längsachse 60 des Hydrospeichers diametral einander gegenüberliegend je einen Querkanal 58 auf, der direkt an die Ventilkugel 36 anschließt und von dieser ansteuerbar ist. Anstelle eines Paares von Querkanälen 58 kann auch eine andere Anzahl von Querkanälen 58 vorgesehen sein, insbesondere auch nur ein einzelner Querkanal 58. Der jewei- lige Querkanal 58 mündet im Ventilgehäuse 54 in Richtung eines zuordenbaren weiteren Querkanals 62 im Einsatzkörper 48 aus. Zwischen den einander zugeordneten Paaren von Querkanälen 58 und 62 weist das Ventilgehäuse 54 außenumfangsseitig eine Auskehlung 64 auf, vorzugsweise in Form eines Ventilringraumes, in die der jeweilige Querkanal 58 des Ventilgehäuses 54 von einer Seite her einmündet sowie der jeweils zugeordnete Querkanal 62 im Einsatzkörper 58 von der anderen, gegenüberliegenden Seite her. Der Trennkolben 12 begrenzt auf seiner dem Fluidanschluss 24 zugewandten Seite eine hohl kammerartige Ausnehmung als Teil des Kolbenfluidraumes 38, die in Richtung des Sprengringes 52 in eine Schräge 66 im Trennkolben 12 ausmündet, die konisch nach oben hin in Richtung auf die Längsachse 60 zuläuft. Dabei fluchtet die Bohrungsachse des jeweiligen Querkanales 62 im Einsatzkörper 48 mit der oberen Wandbegrenzung der Ausnehmung im Trennkolben 12, wobei an die dahingehend obere Begrenzungswand die Schräge 66, die umlaufend im Trennkolben 12 geführt ist, einmündet. Von besonderer Bedeutung für die erfindungsgemäße Kolbenspeicher-Lösung ist, dass die axiale Länge des Dämpfungskolbens 18, sofern er sich im Eingriff mit Teilen des Fluidanschlusses 24 befindet, jedenfalls größer ist als die vergleichbare Höhe des Kolbenfluidraumes 38, gebildet durch die Ausnehmung im Trennkolben 12, die insoweit von dem Einsatzkörper 46 zumindest teilweise durchgriffen ist.
Der in der Figur gezeigte Kolbenspeicher lässt sich mit der erfindungsgemäßen Ausstattung dann wie folgt betreiben:
- Drosselung des Volumenstroms beim Entladen des Kolbenspeichers durch Bildung des hohlzylindrischen Drosselspaltes 22 zwischen Dämpfungskol- ben 18 und Teilen des Speichergehäuses 10, wobei durch die zugehörige Abwärtsbewegung des Trennkolbens 12 Fluid aus dem Fluidraum 16 über den Drosselspalt 22 in Richtung des drucklos gehaltenen Fluidanschlusses 24 verdrängt wird. Dabei erfolgt eine weitere Androsselung durch den Ringspalt 46 zwischen Einsatzkörper 48 und benachbarter Wandoberseite des Gehäusedeckels 30;
- Umgehung der dahingehenden Drosselspalte 22, 46 beim Laden des Kolbenspeichers durch Öffnung des im Trennkolben 12 integrierten Rückschlagventils 20 mit einer durch die Druckfeder 34 beaufschlagten Ventilkugel 36 aufgrund der entstehenden Druckdifferenz, insbesondere im Drosselspalt 22. Durch den im Fluidanschluss 24 herrschenden Fluiddruck wird das genannte Rückschlagventil 20 aufgesteuert und Fluid fließt über den hohlzylindrischen Durchgang 40 und über das Innere des Ventilgehäuses 54 in Richtung der Querkanäle 58 sowie 62, die an die Auskehlung 64 des Ventilgehäuses 54 fluidführend angeschlossen sind. Dergestalt gelangt Fluid unter Druck über den Fluidanschluss 24 in den Kolbenfluidraum 38 und der Trennkolben 12 hebt in Blickrichtung auf die Figur gesehen nach oben hin ab. Bei weiterer Verfahrbewegung entgegen der Wirkung des Arbeitsgases im Fluidraum 14 vergrößert sich das Fluidvolumen auf der Flüssigkeitsseite mit dem Fluidraum 16. Dadurch bedingt kommt es nachfolgend zu einer
- Beaufschlagung des kompletten freien Kolbenquerschnitts mit Fluiddruck zum direkten Verfahren des Trennkolbens 12 in Richtung des anderen Fluidraums 14 mit dem Arbeitsgas. Sobald der Dämpfungskolben 18 durch die Verfahrbewegung des Trennkolbens 12 in Richtung des Fluidraumes 14 vollständig den Fluiddurchgang 24 freigibt, strömt in verstärktem Maße Fluid aus dem Hydraulikkreislauf in Richtung des Fluidraumes 16 nach. In der dahingehenden Betriebsstellung steht dann der Hydrospeicher wiederum erneut für einen beschriebenen Entladevorgang zur Verfügung.
Im Bereich des Innengewindes 26 des Fluidanschlusses 24 befindet sich ein als Ganzes mit 68 bezeichnetes Dämpfungsventil mit einer längsverfahrba- ren Ventilplatte 70, in die eine Drosselbohrung 72 koaxial zur Längsachse 60 des Hydrospeichers eingebracht ist. Die dahingehende Ventilplatte 70 ist in einem vorzugsweise als Dreibein ausgestaltetem Ventilgehäuse 74 aufgenommen, das entlang des Innengewindes 26 in den Fluidanschluss 24 bündig eingeschraubt ist. Da zwischen den Beinen des Ventilgehäuses 74 jeweils eine Fluidzufuhr 76 besteht, kann in der gezeigten Stellung zum Laden des Speichers über einen bodenseitigen Zufluss 78 im Ventilgehäuse 74 relativ ungestört für einen Ladevorgang des Speichers Fluid aus dem hydraulischen Arbeitskreislauf über den Fluidanschluss 24 Fluid mit vorgebbarem Druck in Richtung des Fluidraumes 16 bei geöffnetem Rückschlagventil 20 einströmen. In umgekehrter Richtung, also beim Entladen des Speichers, verfährt die Ventilplatte 70 von ihrer in der Figur gezeigten obe- ren Verfahrstellung in eine untere Schließstellung, bei der die Ventilplatte 70 auf der Innenseite des Ventilgehäuses 74 aufsitzt und ein Fluiddurchgang ist insoweit dann nur noch über die Drosselbohrung 72 in der Ventilplatte 70 gegeben, so dass auch insoweit eine Androsselung des Fluidstromes zusätzlich zu den bereits beschriebenen Drosselmaßnahmen 22, 46 durch das Dämpfungsventil 68 verwirklicht ist. Nähere Einzelheiten zu der Funktion dahingehender Dämpfungsventile ergeben sich beispielhaft aus DE 103 37 744 B3.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Kolbenspeicher mit einem Speichergehäuse (10), in dem längsver- fahrbar ein Trennkolben (12) geführt ist, der zwei Fluidräume (14, 16) voneinander trennt, insbesondere einen Fluidraum (14) mit einem Arbeitsgas von einem weiteren Fluidraum (16) mit einer Flüssigkeit, wie Hydrauliköl, und der einen Dämpfungskolben (18) mit einem Rückschlagventil (20) aufweist, der unter Bildung eines Drosselspaltes (22) in einen Fluidanschluss (24) im Speichergehäuse (10) einfahrbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselspalt (22) ein zylindrischer Ringraum ist, gebildet aus den benachbarten Wandteilen (28, 32) von Speichergehäuse (10) und Dämpfungskolben (18) und dass das Rückschlagventil (20) eine mit einem Energiespeicher beaufschlagte Ventilkugel (36) aufweist, die in ihrer Schließstellung einen Fluidweg zwischen dem Fluidanschluss (24) und einem Kolbenfluidraum (38) zwischen dem Trennkolben (12) und dem Speichergehäuse (10) sperrt und in ihrer geöffneten Stellung freigibt. Kolbenspeicher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskolben (18) aus einem Hohlzylinder gebildet ist, der zumindest in einer seiner dämpfenden Stellungen mit seinem hohlzylindrischen Durchgang (40) einen Fluidweg zwischen dem Fluidanschluss (24) und dem Rückschlagventil (20) herstellt. Kolbenspeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskolben (18) in Richtung des Kolbenfluidraumes (38) gesehen unter Bildung einer Schulter (42) in eine Erweiterung mit einer Ringfläche (44) übergeht, die bei Anlage des Trennkolbens (12) an Teilen des Speichergehäuses, wie einem Gehäusedeckel (30), einen Ringspalt (46) ausbildet, dessen Spaltmaß größer ist als das Spaltmaß des Drosselspaltes (22). Kolbenspeicher (44) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringfläche (44) Teil eines Einsatzkörpers (48) ist, der das Rückschlagventil (20) aufnimmt und der in einer Aufnahme (50) des Trennkolbens (12) festgelegt ist, vorzugsweise mittels eines Sprengringes (52) zwischen Einsatzkörper (48) und Trennkolben (12). Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil (20) als Ventilpatrone konzipiert mit ihrem Ventilgehäuse (54) in den Einsatzkörper (48) eingeschraubt ist und dass die Ventilkugel (36) von dem Energiespeicher in Form einer Druckfeder (34) permanent beaufschlagt im Ventilgehäuse (54) geführt ist. Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (54) mindestens einen Querkanal (58) aufweist, der von der Ventilkugel (36) des Rückschlagventils (20) ansteuerbar in Richtung eines zugeordneten Querkanals (62) im Einsatzkörper (48) führt. Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilgehäuse (54) außenumfangsseitig eine Auskehlung (64) aufweist, vorzugsweise in Form eines Ventilringraumes, in die der jeweilige Querkanal (58) des Ventilgehäuses (54) von einer Seite her einmündet sowie der jeweils zugeordnete Querkanal (62) im Einsatzkörper (48) von der anderen, gegenüberliegenden Seite her. Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennkolben (12) auf seiner dem Fluidanschluss (24) zugewandten Seite eine hohl kammerartige Ausnehmung als Teil des Kolbenfluidraumes (38) begrenzt, die in Richtung des 14
Sprengringes (52) in eine Schräge (66) im Trennkolben (12) ausmündet und dass die Bohrungsachse des jeweiligen Querkanales (62) im Einsatzkörper (48) mit einer Wand des Trennkolbens (12) fluchtet, die zumindest teilweise die Ausnehmung im Trennkolben (12) begrenzt und in die die Schräge (46) einmündet. Kolbenspeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge des Dämpfungskolbens (18) größer ist als die vergleichbare Höhe des Kolbenfluidraumes (38) im Trennkolben (12), die von dem Einsatzkörper (46) zumindest teilweise durchgriffen ist. . Verfahren zum Betrieb eines Kolbenspeichers nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die folgenden Verfahrensschritte:
- Drosselung des Volumenstroms beim Entladen des Kolbenspeichers durch Bildung eines hohlzylindrischen Drosselspaltes (22) zwischen Dämpfungskolben (18) und Teilen des Speichergehäuses (10),
- Umgehung des Drosselspaltes (18) beim Laden des Kolbenspeichers durch Öffnung eines im Trennkolben (12) integrierten Rückschlagventils (20) mit einer durch einen Energiespeicher beaufschlagten Ventilkugel (36) aufgrund der entstehenden Druckdifferenz im Drosselspalt (18), und dadurch bedingt
- Beaufschlagung des kompletten freien Kolbenquerschnitts mit Fluiddruck zum direkten Verfahren des Trennkolbens (12) in Richtung des anderen Fluidraums (14) mit dem Arbeitsgas.
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